CN104410599A - 一种点对多点无线ofdm通信系统中时间及频率纠偏方法 - Google Patents

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Abstract

一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，涉及无线OFDM通信系统领域，基于多个用户端和一个局端，每个用户端产生包含窄带同步帧头的OFDM数据帧，窄带同步帧头包含同步帧头以及用于纠正频偏的频偏头，用户端将OFDM数据帧调制后发送给局端；局端对多个用户端数据进行解调，滤出各用户端的窄带同步帧头，根据Schmidl算法计算出各用户端数据的时间偏移和频率偏差，将时间偏移和频率偏差信息发回对应用户端；对应用户端根据时间偏移和频率偏差信息，对将要输出的OFDM数据帧进行时间和频率调整，将调整后的数据发至局端。本发明不需要上层协议信息实现OFDM信号的解复用和解调，纠偏效果好，提高系统性能。

Description

一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法
技术领域
本发明涉及无线OFDM通信系统领域，具体来讲是一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术作为一种多载波调制技术，具有频谱利用率高，抗多径能力强等优点，被广泛应用于无线局域网、宽带接入、DVB(Digital VideoBroadcasting，数字视频广播)等系统。但OFDM技术也存在一些缺点：比如对同步误差十分敏感，要求子载波之间严格正交。
如图1所示，在一点对多点的OFDM无线通信系统中，多个用户被分配固定带宽，每个用户分别将数据调制到自己的固定频带上后，经DAC(Digital to analog converter，数模转换器)转换后发送给射频调制器，射频调制器将所有频带的数据先调制到中频再调制到高频后发送出去。局端将接收端的数据进行高频和中频解调，ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)转换后送入数字芯片进行OFDM解调。
由于各个用户的上行发送使用单独的设备，每个用户的启动时间不同，因此到达上行接收端的时间都不相同，并且每个用户相对接收端的频率偏移也不相同。时间的不同步和频率的偏差会造成OFDM信号正交性被破坏，带来严重的子信道间干扰，极大的损害OFDM系统的性能。因此不同用户的上行信号到达局端的时间需要对齐，并且数据在发送端就需要进行频偏的纠正，以保证上行OFDM信号所有子载波的正交性。
传统的时间同步问题通过上层协议解决，而某些简单系统的上层协议没有加入时间同步的功能，而频偏纠正则一般在接收端使用固定算法完成，由于正交性被破坏，性能受到影响，纠频偏效果不好，无法达到较好的系统性能。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，在发送端调整时间同步及频率偏移，不需要上层协议信息，实现OFDM信号的解复用和解调，纠偏效果好，提高系统性能。
为达到以上目的，本发明采取一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，基于多个用户端和一个局端，每个用户端产生包含窄带同步帧头的OFDM数据帧，所述窄带同步帧头包含Schmidl算法所需同步帧头以及用于纠正频偏的频偏头，用户端将所述OFDM数据帧调制后发送给局端；局端对收到的多个用户端数据进行解调，滤出各个用户端的窄带同步帧头，根据Schmidl算法计算出各个用户端数据的时间偏移和频率偏差，将时间偏移和频率偏差信息发回对应用户端；对应用户端根据时间偏移和频率偏差信息，对将要输出的OFDM数据帧进行时间和频率调整，将调整后的数据发至局端。
在上述技术方案的基础上，用户端将所述OFDM数据帧调制到一个专用频带，再经数模转换、射频调制后，发送给局端。
在上述技术方案的基础上，局端将收到的多个用户端数据射频解调及模数转换后，送入OFDM解调系统解调。
在上述技术方案的基础上，局端通过Schmidl算法找到各用户端数据的窄带同步帧头，并计算各个用户端数据到达局端的时间，选取其中一个到达时间为基准，计算出其他用户端数据到达时间的相对时延，即时间偏移，并根据用户端数据内窄带同步帧头信息计算出精确的频率偏差。
在上述技术方案的基础上，局端将各个用户端的时间偏移和频率偏差信息分别进行BPSK编码，形成两个OFDMsymbol，插入到对应用户端的OFDM数据帧的前端，再通过下行通道发回给对应用户端。
在上述技术方案的基础上，用户端收到局端发来的数据后，从OFDM数据帧的两个OFDMsymbol中解调出该用户端的时间偏移和频率偏差信息，根据时间偏移和频率偏差信息对将要输出的OFDM数据帧进行时间调整和频率调整后，再进行输出。
本发明的有益效果在于：本发明在物理层即可实现，使用同步握手的方法，多个用户端分别得到自己的时间偏移及频率偏移信息，然后在用户端端进行调整，不需要上层的信息，即可实现OFDM信号的解复用和解调，解决了多个用户端OFDM信号复用时，由于时间偏移和频率偏差使得OFDM正交性被破坏的问题，提升OFDM系统性能。
附图说明
图1为背景技术中OFDM无线通信系统示意图；
图2为本发明点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，基于多个进行OFDM调制的用户端，以及一个对接收的用户端数据进行OFDM解调的局端，具体步骤如下：
S1.每个用户端使用自己单独的调制系统产生包含窄带同步帧头的OFDM数据帧，所述窄带同步帧头包含Schmidl算法所需同步帧头以及用于纠正频偏的频偏头，用户端将所述OFDM数据帧调制到自己的一个专用频带，再经数模(DA)转换、射频调制后，发送给局端。
S2.局端将收到的多个用户端数据(用户端发送的包含OFDM数据帧的数据)经过射频解调及模数(AD)转换后，送入OFDM解调系统解调。为了能让多个用户端数据时间同步和频偏相同，局端通过Schmidl算法，先滤出各用户端数据的窄带同步帧头。根据所述窄带同步帧头的信息，计算出各个用户端数据的时间偏移和频率偏差，具体为：局端通过Schmidl算法(使用2个512序列先自相关，然后同本地保存的512序列互相关)，计算各个用户端数据到达局端的时间，选取其中一个到达时间为基准，计算出其他用户端数据到达时间的相对时延，即时间偏移，并根据用户端数据内窄带同步帧头信息计算出精确的频率偏差。但是局端并不做纠偏，而是将各个用户端对应的时间偏移和频率偏差分别进行BPSK编码后，形成两个OFDMsymbol(正交频分复用符号)，插入到对应用户端的OFDM数据帧的前端，再通过下行通道发回给对应用户端。
S3.用户端收到局端发来的数据后，从OFDM数据帧的两个OFDMsymbol中解调出该用户端的时间偏移和频率偏差信息，根据时间偏移和频率偏差信息对将要输出的OFDM数据帧进行时间调整和频率调整，再进行输出，这样调整后发出的用户端数据可以保证载波之间完全正交以及时间和频率的同步，局端接收时可达到性能最大优化。
上述过程可以循环进行，对时间及频率实时纠偏。
针对6个用户端选取1024个子载波的情况为例，时间偏移和频率偏差的编码方法如下：局端使用Schmidl算法计算出6个用户端的18比特的频偏信息，以及18比特时延信息。将每个用户端的18比特频偏信息，每个比特重复6遍，以保证数据的可靠传输，再在前后各补6个0形成一个120bit的数据，扰码后进行BPSK编码，放入对应的子载波中。第一个用户端的频率偏差信息占用7～136个载波，第二个用户端的频率偏差信息占用149～277个载波，第三个用户端的频率偏差信息占用291～419个载波，第四个用户端的频率偏差信息占用605～733个载波，第五个用户端的频率偏差信息占用747～857个载波，第六个用户端的频率偏差信息占用899～1017个载波，形成一个1024个的数据帧后，进行IFFT变换，作为OFDM数据帧的第一个OFDMsymbol。每个用户端的18比特时延信息做同频偏数据同样的编码变换，形成OFDM数据帧的第二个OFDMsymbol。用户端接收返回的数据后，对第一个OFDMsymbol和第二个OFDMsymbol解调解码，得到时间偏移和频率偏差信息，然后在输出用户端数据上进行调制。
本发明局端根据接收到的包含窄带同步帧头的OFDM数据帧，计算出各个用户端发送时间的相对延迟以及频率偏移，然后将时间偏移和频率偏差信息插入到OFDM数据帧中，反馈给对应用户端，各用户端根据时间偏移和频率偏差信息进行内部调整，使得从下一帧开始到达局端的时间同步以及频率同步，实现局端接收的多个用户端数据的解复用和解调。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，基于多个用户端和一个局端，其特征在于：每个用户端产生包含窄带同步帧头的OFDM数据帧，所述窄带同步帧头包含Schmidl算法所需同步帧头以及用于纠正频偏的频偏头，用户端将所述OFDM数据帧调制后发送给局端；局端对收到的多个用户端数据进行解调，滤出各个用户端的窄带同步帧头，根据Schmidl算法计算出各个用户端数据的时间偏移和频率偏差，将时间偏移和频率偏差信息发回对应用户端；对应用户端根据时间偏移和频率偏差信息，对将要输出的OFDM数据帧进行时间和频率调整，将调整后的数据发至局端。
2.如权利要求1所述的点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，其特征在于：用户端将所述OFDM数据帧调制到一个专用频带，再经数模转换、射频调制后，发送给局端。
3.如权利要求1所述的点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，其特征在于：局端将收到的多个用户端数据射频解调及模数转换后，送入OFDM解调系统解调。
4.如权利要求1所述的点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，其特征在于：局端通过Schmidl算法找到各用户端数据的窄带同步帧头，并计算各个用户端数据到达局端的时间，选取其中一个到达时间为基准，计算出其他用户端数据到达时间的相对时延，即时间偏移，并根据用户端数据内窄带同步帧头信息计算出精确的频率偏差。
5.如权利要求1所述的点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，其特征在于：局端将各个用户端的时间偏移和频率偏差信息分别进行BPSK编码，形成两个OFDMsymbol，插入到对应用户端的OFDM数据帧的前端，再通过下行通道发回给对应用户端。
6.如权利要求5所述的点对多点无线OFDM通信系统中时间及频率纠偏方法，其特征在于：用户端收到局端发来的数据后，从OFDM数据帧的两个OFDMsymbol中解调出该用户端的时间偏移和频率偏差信息，根据时间偏移和频率偏差信息对将要输出的OFDM数据帧进行时间调整和频率调整后，再进行输出。
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